随着铁路机车重载化的发展，机车牵引齿轮的可靠性和安全性要求随之提高，需求量也日益增大。牵引齿轮作为重载机车动力传动系统的核心零部件，受力复杂，工作条件恶劣，安全性和可靠性要求极高。由于我国原材料冶炼工艺的技术水平与先进国家差距很大，给重载机车牵引齿轮的热处理工艺质量控制造成了较大困难，使其长期依赖进口。因此，需加快重载机车牵引齿轮关键制造技术的研发，推进其国产化进程，解决长期进口的现状，逐步形成规模产业化，推广在风电、矿山等相关重型齿轮传动领域的技术应用，使其经济效益扩大化。本论文在国家科技部国际科技合作项目(2010DFB83240)的资助下，以重载机车牵引齿轮的国产化试制为支撑，针对试制过程中齿轮在热处理工艺中反复出现的晶界氧化(IGO)超标和碳化物超级两大问题进行研究，分析了两者对齿轮传动性能的影响，从热力学和氧化动力学方面研究了齿轮晶界氧化的形成了机理，结合金相检验、能谱扫描得出了晶界氧化产物的化学成分。研究了碳化物的形成机理及碳化物球化机理，找出了相关的工艺控制参数，结合工艺实验进行热处理工艺优化，并对优化结果进行实验验证。论文的主要研究工作如下：①采用BBH型前室预抽真空多用炉对17CrNiMo6重载机车牵引齿轮进行了热处理工艺实验，通过金相检验，总结得出了实验反复出现的两大问题：晶界氧化超标和碳化物超级，并分析了两者对齿轮传动性能的影响。②通过相关热力学和氧化动力学计算阐述了晶界氧化的产生机理，对热处理试验中产生晶界氧化的部位取样进行电镜扫描和能谱分析，能谱分析结果表明晶界氧化产生的黑色网状物的主要成分是Cr和O。通过分析Fe、Cr和氧化性气氛的平衡曲线，找出了影响Cr氧化物生成的渗碳工艺参数(加热期的均温速度，强渗期和扩散期的温度、碳势、保温时间)。③针对碳化物超级问题，对相关金相检验结果进行了分析，阐述了碳化物的形成机理，碳化物球化机理及影响碳化物球化的因素，得出了碳化物的工艺控制方法：渗碳后期适当降低碳势；阶梯式渗碳工艺要合理地逐级升温；尽可能地在Ac1或Acm温度附近进行渗碳；合理的多级球化退火工艺等。④综合上述晶界氧化和碳化物研究的结论，得出了相关的工艺控制方法，结合大量工艺实验对热处理工艺参数进行了优化，并对优化结果进行了实验验证，证实了工艺优化的有效性。